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Projekt

Ertüchtigung von Geotextilien durch Einsatz neuartiger Textilstrukturen für einen verbesserten Erosionsschutz

Ziel des Forschungsvorhabens war es, getuftete Geotextilien zu entwickeln, die aufgrund ihrer Materialauswahl und Konstruktion in besonderem Maße für einen Einsatz zum Erosionsschutz geeignet sind und gegenüber vorhandenen Produkten eine Funktionsertüchtigung ermöglichen.

Zunächst wurde hierzu ein Anforderungskatalog entwickelt, der in einem Leistungskatalog für das getuftete Geotextil mit Material- und Konstruktionsparametern verknüpft wurde. Als Anwendungsfälle wurden vier Einbausituationen definiert. An den ausgewählten Träger- und Polgarnmaterialien wurde die Verarbeitbarkeit im Tuftingprozess und die prinzipielle Eignung als Geotextil überprüft. Anschließend wurden Konstruktionen festgelegt und im Tuftingprozess entwickelt. Für eine ausreichende Polnoppeneinbindung der synthetischen Varianten wurden die ersten Funktionsmuster mit einer Latexbeschichtung versehen. Später wurde die Polnoppeinbindung durch den Thermobondingprozess realisiert. Zudem wurden eine Analyse des Tuftingprozesses durchgeführt und die Nadeleinstichkräfte an verschiedenen Trägermaterialien ermittelt. In einer Videoanalyse wurde gezeigt, dass das ausgewählte Material im Tuftingprozess einwandfrei verarbeitet werden kann. Bei der Digitalmikroskopie der Tuftwerkzeuge wurde kein außergewöhnlicher Verschleiß festgestellt.

Die Funktionsmuster wurden im Hinblick auf die Bodeneindeckung einem Erosionsversuch unterzogen. Mit den Konstruktionsmerkmalen, die für den Bodenrückhalt geeignet waren, wurden großflächige Muster entwickelt, die einer Simulation von Starkregenereignissen unterzogen wurden. Es wurden ein Prüfstand sowie eine Messmethode für diese Simulation entwickelt. Mikroskopische Untersuchungen an den Polgarnen gaben Aufschluss über mögliche Effekte des Bodenrückhalts. Anhand der ermittelten Polnoppenauszugskräfte konnten Aussagen über die notwendige Polnoppeneinbindung getroffen werden. In den Untersuchungen zur Scherfestigkeit und im Schiefe-Ebene-Versuch wurde die Verbundwirkung zwischen der Böschungsneigung und dem getufteten Geotextil verdeutlicht. Es wurde eine Vielzahl von Prüfungen zu mechanischen und hydraulischen Eigenschaften des synthetischen und des Naturfaserdemonstrators im Vergleich zu den reinen Trägermaterialien durchgeführt.

Mit Hilfe einer Finite-Elemente-Berechnung konnte keine verbesserte Tragfähigkeit der Böschung durch die Einbringung der Textilien nachgewiesen werden. Eine Erhöhung der Gebrauchstauglichkeit ist durch verbesserte Erosionseigenschaften gegenüber Regenereignissen gegeben. Das entwickelte Berechnungsmodell berücksichtigt das geänderte Tragverhalten der getufteten Geotextilien. Es wurden die zielführendsten Konstruktionsdaten und Materialien für die hier untersuchten Anwendungsfälle identifiziert und in vier großformatigen Demonstratoren (synthetisch und Naturfaser) weiterentwickelt und Untersuchungen, auch im Vergleich zu den reinen Trägermaterialien, unterzogen. Auch durch diese Untersuchungen wird bestätigt, dass die getufteten Geotextilien im Vergleich zu den ungetufteten Geotextilien dazu beitragen, dass die Bodenerosion bei Starkregenereignissen deutlich vermindert wird.

Bodenerosion nach simuliertem Starkregen; links: ungetuftetes Geotextil, rechts: getuftetes Geotextil

Ergebnisse:

Die Forschungsergebnisse wurden in einen Leitfaden überführt, der sich nach den fünf Kriterien des Anforderungskatalogs gliedert, Abhängigkeiten von den Einbausituationen und Anforderungen an das getuftete Geotextil beschreibt und Abhängigkeiten bezüglich Material und Konstruktion zuordnet. Für die ökologische und ökonomische Bilanzierung wurden exemplarisch zwei Demonstratoren (synthetischer Demonstrator, Naturfaserdemonstrator) erfasst. Die Bilanzierung zeigt, dass die Wirkungskategorien hauptsächlich von der Rohstoffversorgung und der Herstellung dominiert werden. Da der Naturfaserdemonstrator im Boden verbleibt, entfällt die Entsorgung. Die ökonomische Bilanzierung ergab, dass bei den hier entwickelten Demonstratoren die Materialkosten von Garn und Träger den größten Einfluss auf den Quadratmeterpreis des getufteten Geotextils ausüben. Das Naturfasergeotextil ist preislich deutlich günstiger als das Synthesefasergeotextil.

Zusammenfassend kann auf Basis der Forschungsergebnisse die Aussage getroffen werden, dass die Einbringung dreidimensionaler textiler Strukturen in Geotextilien dazu beiträgt, Bodenerosion zu minimieren. Dies führt beispielsweise dazu, dass Böschungen, die mit getufteten Geotextilien aufgebaut werden, länger Starkregenereignissen standhalten können als solche, die mit reinen Geweben aufgebaut werden. Die ökologisch sinnvolle und wirtschaftliche Entwicklung von getufteten Geotextilien ist besonders beim Einsatz von Naturfasermaterialien als Träger und Polgarn möglich.

Der Schlussbericht kann bei der Forschungseinrichtung bezogen werden.

Förderprogramm und Projektnummer

IGF 20323 N

Laufzeit

01.09.2019 – 30.11.2021

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Projektpartner und/oder weitere Forschungsstellen

2. Forschungseinrichtung:

FH Münster; Fachbereich Bauingenieurwesen; Geotechnik und Bauverfahrenstechnik

Projektbegleitender Ausschuss:

  • Bermüller & Co GmbH
  • Freudenberg Performance Materials SE & Co. KG
  • GEOScope GmbH & Co. KG
  • Huesker Synthetic GmbH
  • Neisser Geoprodukte GmbH
  • Schlenter Production GmbH
  • Naue GmbH & Co. KG
  • Tensar International GmbH
  • Textech Struve GmbH
  • Stadt Münster

Danksagung

Das IGF-Vorhaben „Ertüchtigung von Geotextilien durch Einsatz neuartiger Textilstrukturen für einen verbesserten Erosionsschutz“ 20323 N / 1 der Forschungs­vereinigung Forschungs­kuratorium Textil e.V., Reinhardtstraße 14-16, 10117 Berlin wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundes­tages gefördert.

IHRE ANSPRECHPARTNERIN

Dipl.-Ing. Sophia Gelderblom

Koordinatorin der Forschungsstelle /
Werkstoffe und Nutzungsverhalten

Telefon: +49 241 9679-144

s.gelderblom@tfi-aachen.de